燃氣輪機運行和維修方式對其壽命影響因素的探討

        良好的運行狀況和優良嚴謹的維修作風，對延長燃氣輪機壽命以及減少停機時間和減少檢查間隔都有著重要的作用。燃氣輪機在實際運行中有很多因素如燃料、滑油、啟動循環以及我們的維修思想和外部環境都直接影響著燃氣輪機、重要部件或附件的壽命。我們在掌握了燃氣輪機的結構原理的同時，還必須清楚這些因素的影響，以利于制定合理的運行方式和維修計劃，最大限度的延長燃氣輪機的壽命，最大限度的減少運行維修費用和停機時間。
   
        一、進氣系統的影響
        進氣系統的影響主要體現在發動機吸入空氣質量的影響。空氣中的雜質顆粒如灰塵、無機鹽都能夠對壓氣機、渦輪葉片進行磨蝕、腐蝕、結垢，由于摩擦也能夠增大燃燒室噴嘴喉口面積，實驗表明20微米的顆粒能引起葉片的明顯磨蝕；空氣中的油氣、工業廢氣、滑油系統中的油氣等會導致壓氣機葉片結垢。
        壓氣機渦輪葉片磨蝕、腐蝕、結垢所造成的危害表現在以下方面：
        1、壓氣機、渦輪葉片的磨蝕、腐蝕一方面會使葉片產生凹痕，增加表面粗糙度，產生疲勞裂紋，造成葉片斷裂；另一方面會使葉片表面耐高溫涂層脫落。葉片表面涂層脫落，在高溫條件下加速葉片的高溫蠕變，導致葉片強度降低或不到期斷裂。
        2、壓氣機、渦輪葉片粗糙度增大以及葉片結垢，還將會造成壓氣機空氣流量的降低，使得壓氣機效率下降，導致燃氣輪機發動機的出力減低。實驗表明壓氣機空氣流量降低5%將會使發動機功率下降13%，熱耗增加5.5%。
        3、壓氣機葉片頂端的磨損，將導致葉片頂端與壓氣機殼體間隙增大，造成漏氣，導致發動機功率下降，可以說這種性能衰退是不可修復的，也是不可避免的。要想延緩這種故障的出現，必須確保進入燃氣輪機的空氣質量，使用經廠家確認的空氣濾清器濾芯。
        在使用中，我們還應當注意空氣濾清器濾芯結霜的影響，在Taurus__60燃氣輪機運行時，我們曾遇到這一問題，當時空氣溫度在—20℃，有霧，空氣濕度在80%以上，空氣濾清器濾芯結霜嚴重，差點造成燃氣輪機喘振，運行人員處置得當才避免了機組損壞報廢。
        燃氣輪機出現以下方面的現象時，應考慮是壓氣機渦輪葉片磨蝕、腐蝕、結垢所致：
        1、燃氣輪機輸出功率和效率的降低應首先考慮壓氣機的工作條件惡化所導致。
        2、壓氣機喘振和發動機震動增大也可能是壓氣機過度的污染的原因。
        3、發動機T5溫度升高(緩慢而非迅速升高)。
        4、發動機加速不良、或者使得發動機轉速達不到100%。
        5、用壓力表可以明顯檢查出壓氣機排氣壓力降低。
        二、燃料的影響
        燃料除了系統的泄漏的故障外，其潛在的危害還表現在：
        1、燃料系統的清潔度對燃氣輪機及其附件的壽命影響較大。這些燃料顆粒既包括重油中的殘渣，也包括純凈的輕質油和天然氣在其輸送管道中混入的有害雜質。這些雜質對燃氣輪機燃燒室噴嘴造成堵塞或磨損。同時也對燃氣輪機的附件如燃料控制閥、燃料分配器、節流閥造成磨損或卡滯，造成發動機轉速—負荷調節失效，導致發動機甩負荷緊急停車。這對發動機的壽命影響最大。
        在1999年3月16日，寶浪燃氣輪機電站在切換精細過濾器時，運行人員短時間打開了精細過濾器旁通閥。以至造成在16日7；11開始到17日1：07不到一天時間內，該電站1#、2#機組五次緊急停機，其原因都是“燃料閥位置故障”，具體分析也就是在打開旁通閥時，由于天然氣中的雜質沒有經過過濾進入到燃料調節閥，使得調節閥操作不靈，當外界負荷變化時，閥的調節與負荷變化不同步，其結果是燃氣輪機緊急保護停車。
        2、在使用天然氣燃料時，如果符合規定，可以看作是最佳燃料對燃氣輪機沒有影響。然而如果天然氣中混有凝結的液體碳氫化合物并被帶入燃氣輪機燃料系統，那將會造成燃氣輪機的高溫煙氣通道部件如燃燒室、氣體燃料噴嘴、渦輪轉子和靜子的壽命的的減少。因為液體碳氫化合物爆燃釋放出大量的輻射熱能，使得高溫煙氣通道部件暴露在過高溫度條件下而損壞。
        天然氣中混有凝結的液體碳氫化合物還將造成氣體燃料調節閥的卡滯。我們在冬季使用“濕氣” 運行時遇到過天然氣中積液(當時拌熱系統故障)而造成燃料調節閥卡滯回不了位(10%以下)的故障，這時機組無法重新啟動運行。
        3、燃料中腐蝕元素如硫、鈉、鉀、釩、鉛能夠導致燃氣輪機渦輪葉片的高溫腐蝕。
        三、燃燒溫度的影響
        較高的燃燒溫度減少高溫部件的壽命，而較低的燃燒溫度相應的增加部件的壽命。跟據實驗表明，在最大轉速工作狀態時。渦輪前燃氣溫度每升高1%，渦輪葉片的強度儲備將減少15%。
        在燃氣輪機的整個工作過程中，發動機的啟動、加速和最大工作狀態(尖峰負荷)以及發動機緊急“甩負荷”停車，都使發動機渦輪前燃氣溫度生高。
        如果燃氣輪機長時間處于尖峰負荷下運行，由于較高的運行溫度必將要求維修或更換高溫煙氣通道部件，減少燃氣輪機的壽命。在尖峰負荷下運行一小時，相當于在基本負荷下運行六小時。因此我們必須合理的設定燃氣輪機的負荷，特別是多臺燃氣輪機并列運行時最好能合理的分配每一臺燃氣輪機所承擔的負荷，使其低于額定負荷的80%。
        運行中要注意觀察和記錄T5溫度的高低，這是燃氣輪機的一個重要參數，使其保持在允許的范圍內。對于T5溫度異常(指的是T5溫度過高或急劇升高)一定要查清故障原因。
        四、滑油系統的影響
        滑油系統的影響主要是潤滑不良和滑油顆粒污染。
        滑油系統的潤滑不良表現在兩方面，一方面是滑油溫度的影響，這時要考慮滑油溫度過低(如在冬季剛啟動機組時)或滑油溫度過高時(如夏季滑油散熱不良)而造成滑油粘度變化的影響，切記不要在進入發動機的滑油溫度超過滑油的最高工作溫度下使用發動機，我們在寶浪油田電站Taurus__60燃氣輪機運行時，曾經遇到在夏季高溫陽光直射時滑油散熱器散熱不良的問題，我們是通過技術改造在散熱器上方增加水淋裝置來保證滑油溫度的；另一方面在使用過程中，滑油的化學、物理性質也要發生變化，它的粘度、總酸度(TAN)、污染物含量等都要發生變化，我們在使用中應加強對滑油的化驗，一旦不合格應立即予以更換。一般情況下應保證每一至二個月對滑油樣品的采樣進行一次。
        滑油中的污染物特別是滑油中的金屬粉末、顆粒，將加大發動機軸承、密封裝置、減速齒輪箱、被驅動裝置的磨損，從而引起燃氣輪機振動加大和壽命減少。反過來軸承和密封裝置的磨損又將加速滑油的污染，兩者相互作用，必將引起燃氣輪機振動的加劇，以至于損壞。
        污染物的來源：
        ①加油時沒有使用過濾裝置或使用了不清潔的加油工具；
        ②燃氣輪機油氣分離器過臟，致使回流的滑油受到污染；
        ③滑油管線或滑油箱本身不潔；
        ④燃氣輪機、變速箱以及被驅動裝置磨損所形成的顆粒污染物。
        五、進行吸入式清洗發動機的影響
        從嚴格的意義上來講，對燃氣輪發動機進行吸入式清洗，可以減輕由于滑油、無機鹽、污垢顆粒通過空氣濾清器進入發動機沾附在壓氣機轉子和靜子葉片上所造成發動機的污染，從而可以減輕發動機達不到滿功率輸出和效率降低的故障。
        我們也應當看到對發動機進行帶轉沖洗也會造成發動機的負面影響，這主要體現在以下幾個方面：
        1、無論是使用水沖洗總管或是使用手持噴霧桿進行清洗發動機，水或清洗液對壓氣機轉子和靜子葉片的壽命必定是有影響的。這是因為這時在轉子和靜子葉片間的流動介質畢竟與空氣不同，必將增大壓氣機和渦輪葉片的空氣動力負荷，增大葉片的撓度，使其出現疲勞裂紋的可能性增大。
        2、進行清洗發動機，清洗液和清洗液中固體顆粒一方面可造成壓氣機葉片的磨損，另一方面清洗液中的固體顆粒將在壓氣機殼體上沉淀而造成空氣流動不暢。特別是清洗液中固體不溶性顆粒濃度大于350PPMW尤甚。
        3、進行帶轉水沖洗時，由于滑油壓力過低，有可能使得水或清洗劑通過篦齒式密封機構進入滑油系統，從而造成滑油的污染。
        六、啟動、循環次數的影響
        燃氣輪機的啟動和跳閘“甩負荷”次數也對其壽命有著影響。過高的啟動和緊急停車次數都將減少燃氣輪機的壽命。因為在啟動和緊急停車瞬間都會使的T5溫度過高，從而減少了高溫煙氣通道部件的壽命。
        七、安裝、維修質量的影響
        燃氣輪機的基礎好壞和機組安裝水平度的高低，直接影響著機組的運行可靠性和機組的壽命。在安裝或維修過程中，燃氣輪機與被驅動設備如發電機的對中精度以及安裝、更換、維修重要附件、管線、油料時，其清潔程度也將決定燃氣輪機的運行維修費用和停機時間。這些都是由運行維修人員的素質和責任心決定的，這是可以調控的。

        結束語
        燃氣輪機的結構特點使得燃氣輪機沒有往復件運動，這也決定了燃氣輪機的壽命有兩個重要特性：一是燃氣輪機沒有磨合期，二是燃氣輪機和絕大部分部件、附件也沒有明顯的耗損期。隨著使用時間的增加，它的故障率也只是略有增加。其故障率曲線如圖所示。

        從燃氣輪機的結構特點和故障率曲線我們可以得出如下結論：
        1、對于燃氣輪機來說不需要規定壽命。除了剛安裝后的故障率較高外，隨后的運行故障率基本保持平穩，故障率增加也只是由于壓氣機、渦輪以及葉片隨著使用時間增加其磨損、高溫燃燒引起的故障率是增加的。據統計資料顯示：只要在良好的運行方式和維修水平下，燃氣輪機的運行壽命在3萬小時以上。
        2、在許多情況下，對燃氣輪機進行定時翻修會給本來穩定的系統帶來較高的早期故障率。這就有必要建立一種新的維修體系，即建立以可靠性為中心的維修體系。也就是說，燃氣輪機及其附件的維修檢查、翻修、大修等工作，必須根據燃氣輪機的性能參數如：負荷、T5溫度、燃料的流量壓力、滑油的壓力、啟動時間和次數、惰走時間、機組的振動水平等的變化來確定，一旦這些性能參數偏離了正常值，就可有助于精確預示故障出現的部位。因此我們必須在固定的時間間隔內把這些運行數據記錄好，以這些數據作為機組惡化時的測量比較。
        借助于現代化的測試、檢查儀器如渦輪孔探儀等是建立以可靠性為中心維修體系的必要手段。
        我們還要明白，燃氣輪機的維修間隔和壽命除了取決于機組的運行維修方式外，還取決于操作和維修人員的技術水平，充分利用制造廠商的指導文件和服務支持是有益的。